02_Учебное пособие по ПОИП_

Встроенные системы (embedded systems) - программные системы, встраиваемые в оборудование (автомобили, бытовую технику, аудио и видео технику, станки, и т.п.)

62

работы с виртуальной памятью, для обеспечения режима жесткого реального времени ее отключают.

Windows CE .NET поддерживает Microsoft Visual Studio .NET и Microsoft eMbedded Visual C++ с языками программирования Visual C++, Visual C#, and Visual Basic .NET.

QNX Neutrino

QNX Neutrino корпорации QNX Software Systems является опе-

рационной системой реального времени и обеспечивает многозадачный режим с приоритетами. Поддерживает микропроцессоры се-

мейств ARM, StrongARM, xScale, x86, MIPS, PowerPC, SH-4.

QNX относится к микроядерным ОС (т.е. реализует только базовые функции ядра - управление адресным пространством ОЗУ и виртуальной памяти, процессами и потоками, обеспечивает межпроцессорную коммуникацию). Состоит из ядра, планировщика процессов и сервисов.

Построена на основе сервисов - небольших задач, выполняющих основные функции ОС.

Такая структура позволяет отключить любую ненужную функциональность, не изменяя ядро. Каждый драйвер, приложение, протокол или файловая система выполняются вне ядра, в защищенном адресном пространстве.

Инверсия приоритетов преодолевается с помощью распределенного наследования приоритетов.

OS-9

Операционная система OS-9 фирмы Microware System является многозадачной и многопользовательской, работает в режиме мягкого реального времени. Используется во встраиваемых приложениях на платформах ARM, StrongARM, MIPS, PowerPC, Hitachi SuperH, x86, Pentium, XScale, Motorola 68K

ОРС СЕРВЕР

Стандарт ОРС представляет собой способ обмена информацией между приложениями (OLE for Process Control – OLE для управ-

ления процессами; OLE - Object Linking and Embedding - Связы-

вание и внедрение объектов).

65

OLE позволяет создавать объекты (рисунки, чертежи и текст) в одном приложении, а затем отображать эти объекты в других приложениях.

ОРС разработан международной организацией OPC Foundation, членами которой являются более 400 фирм, работающих в области средств автоматизации и измерительной техники.

Основателями организации являются фирмы Fisher-Rosemount, Rockwell Software, Intellution.

Первая версия ОРС стандарта была выпущена в 1998 г.

В совет директоров OPC Foundation в 2008 году входили пред-

ставители Siemens AG, Emerson Process Management, Yokogawa, Honeywell, Rockwell Automation, ICONICS.

Главной целью стандарта ОРС явилось обеспечение возможности совместной работы средств автоматизации, функционирующих на разных аппаратных платформах, в разных промышленных сетях и производимых разными фирмами.

До разработки ОРС стандарта SCADA пакет нужно было адаптировать к каждому новому оборудованию индивидуально. Существовали длинные списки "поддерживаемого оборудования", очень сложной была техническая поддержка. При модификации оборудования нужно было вносить изменения во все драйверы, каждый из которых поддерживал протокол обмена только с одной клиентской программой. Число таких драйверов доходило до сотен.

После появления стандарта ОРС практически все SCADAпакеты были перепроектированы как ОРС-клиенты, а каждый производитель аппаратного обеспечения стал снабжать свои контроллеры, модули ввода-вывода, интеллектуальные датчики и исполнительные устройства стандартным ОРС сервером.

Благодаря появлению стандартизации интерфейса стало возможным подключение любого физического устройства к любой SCADA, если они оба соответствовали стандарту ОРС.

Разработчики получили возможность проектировать только один драйвер для всех SCADA-пакетов, а пользователи получили возможность выбора оборудования и программ без прежних ограничений на их совместимость.

Стандарт ОРС относится только к интерфейсам, которые ОРС сервер предоставляет клиентским программам.

Метод же взаимодействия сервера с аппаратурой (например, с модулями ввода-вывода), стандартом не предусмотрен и его реализа-

66

ция возлагается полностью на разработчика аппаратуры. Поэтому стандарт ОРС может быть использован не только для взаимодействия SCADA с "железом", но и для обмен данными с любым источником данных, например, с базой данных или с GPS приемником.

ОРС сервер как средство взаимодействия с техническим устройством может быть использован при разработке заказных программ на

C++, Visual Basic, VBA и т. п.

В этих задачах ОРС сервер используется как Microsoft DCOM объект, от которого он отличается только стандартизацией обозначений и специфическими терминами из области промышленной автоматизации.

DCOM – Distributed COM – Распределенная Объектная Модель Компонентов

Применение ОРС сервера при разработке заказных программ позволяет скрыть от разработчика всю сложность общения с аппаратурой, представляя простой и удобный метод доступа к аппаратуре через интерфейсы СОМ-объекта.

Стандарт ОРС состоит из нескольких частей:

-ОРС DA (OPC Data Access) - спецификация для обмена данными между клиентом (например SCADA) и аппаратурой (контроллерами, модулями ввода-ввода и др.) в реальном времени;

-OPC Alarms & Events (A&E) - спецификация для уведомления клиента о событиях и сигналах тревоги, которые посылаются клиенту по мере их возникновения. Этот сервер пересылает аварийные сигналы, действия оператора, информационные сообщения, результаты контроля состояния системы;

-OPC HDA (Historical Data Access) - спецификация для доступа

кпредыстории процесса (к сохраненным в архиве данным). Сервер обеспечивает унифицированный способ доступа с помощью DCOM технологии. Обеспечивает чтение, запись и изменение данных;

Batch - спецификация для особых физико-химических технологических процессов обработки материалов, которые не являются непрерывными. В таких процессах выполняется загрузка нескольких видов сырья в определенных пропорциях согласно рецепту, устанавливаются режимы обработки, а после выполнения цикла обработки и выгрузки готового материала загружается новая партия сырья. ОРС сервер выполняет обмен между клиентом и сервером рецептами, характеристиками технологического оборудования, условиями и результатами обработки;

67

-OPC Data eXchange - спецификация для обмена данными между двумя ОРС DA серверами через сеть Ethernet;

-OPC Security - спецификация, которая определяет методы доступа клиентов к серверу, которые обеспечивают защиту важной информации от несанкционированной модификации;

-OPC XML-DA - набор гибких, согласующихся друг с другом правил и форматов для представления первичных данных с помощью языка XML, веб технологий и сообщений;

-OPC Complex Data - дополнительные спецификации к OPC DA и XML-DA, которые позволяют серверам работать со сложными типами данных, такими как бинарные структуры и XML-документы;

-OPC Commands - набор программных интерфейсов, который позволяет ОРС клиентам и серверам идентифицировать, посылать и контролировать команды, исполняемые в техническом устройстве (в контроллере, модуле ввода-вывода);

-OPC Unified Architecture - принципиально новый набор спецификаций, который не базируется на DСОМ технологии.

Из перечисленных спецификаций в России широко используются только две: ОРС DA и реже - OPC HDA.

Cервер OPC DA является наиболее широко используемым в промышленной автоматизации. Он обеспечивает обмен данными между клиентской программой и физическими устройствами. Данные состоят из трех полей: значение, качество и временная метка. Параметр качества данных позволяет передать от устройства клиентской программе информацию о выходе измеряемой величины за границы динамического диапазона, об отсутствии данных, ошибке связи и другие.

Существует четыре стандартных режима чтения данных из ОРС сервера:

-синхронный режим: клиент посылает запрос серверу и ждет от него ответ;

-асинхронный режим: клиент отправляет запрос и сразу же переходит к выполнению других задач. Сервер после выполнения функции запроса посылает клиенту уведомление и тот забирает предоставленные данные;

-режим подписки: клиент сообщает серверу список тегов, значения которых сервер должен отправлять клиенту только в случае их изменения. Для того, чтобы шум данных не был принят за их измене-

68

ние, вводится понятие "мертвой зоны", которая слегка превышает максимально возможный размах помехи;

-режим обновления данных: клиент вызывает одновременное чтение всех активных тегов.

Активными называются все теги, кроме обозначенных как "пассивные". Такое деление тегов уменьшает загрузку процессора обновлением данных, принимаемых из физического устройства.

В каждом из этих режимов данные могут читаться либо из кэша ОРС сервера, либо непосредственно из физического устройства. Чтение из кэша выполняется гораздо быстрее, но данные к моменту чтения могут устареть.

Поэтому сервер должен периодически освежать данные с максимально возможной частотой. Для уменьшения загрузки процессора используют параметр частоты обновления, которая может быть установлена для каждой группы тегов индивидуально.

Кроме того, некоторые теги можно сделать пассивными, тогда их значения не будут обновляться данными из физического устройства.

Запись данных в физическое устройство может быть выполнена только двумя методами: синхронным и асинхронным и выполняется сразу в устройство.

В синхронном режиме функция записи выполняется до тех пор, пока из физического устройства не поступит подтверждение, что запись выполнена. Этот процесс может занимать много времени, в течение которого клиент находится в состоянии ожидания завершения функции и не может продолжать выполнение своей работы.

При асинхронной записи клиент отправляет данные серверу и сразу продолжает свою работу. После окончания записи сервер отправляет клиенту соответствующее уведомление.

ОРС DA сервер может иметь пользовательский интерфейс, который позволяет выполнять любые вспомогательные функции для облегчения работы с оборудованием.

Например, ОРС сервер позволяет, помимо обмена данными со SCADA, выполнять следующие полезные функции:

-поиск подключенного к промышленной сети оборудования;

-установку параметров оборудования (имени, адреса, скорости обмена данными, периода сторожевого таймера, наличие контрольной суммы и др.);

-создавать иерархическое представление имен тегов;

69

-наблюдать значения тегов;

-управлять правами доступа к ОРС серверу.

Всоответствии со стандартом, ОРС сервер во время инсталляции автоматически регистрируется в реестре Windows.

Запуск сервера осуществляется так же, как любой другой программы или автоматически из клиентской программы.

Пример архитектуры систем, включающих ОРС серверы и ОРС клиенты, показаны ниже на рисунках.

Вкачестве ОРС клиента может выступать программа на языке С++ (например, SCADA-пакет) или программа на языке Visual Basic, VBA, Delphi или любая другая программа, поддерживающая внедрение СОМ-объектов. Программа на языке С++ взаимодействует с ОРС сервером через интерфейс OPC Custom, а программа на Visual Basic, VBA, Delphi - через интерфейс автоматизации OPC Automation. ОРС сервер и ОРС клиенты могут работать только на компьютерах и контроллерах с операционными системами, поддерживающими техноло-

гию DCOM (например, Windows XP и Windows CE).

ОРС сервер подключается к физическим устройствам любым способом, например, использует для каждого физического устройства свой драйвер

Рисунок 1 - Взаимодействие прикладных программ и физических устройств через ОРС сервер на одном компьютере

При наличии нескольких компьютеров каждый из них может содержать ОРС сервер и подключенные к нему физические устройства. В такой системе любой ОРС клиент с любого компьютера может обращаться к любому ОРС серверу, в том числе к расположенному на

70